青海杂多大果圆柏年轮指示的公元1360~2005年5~6月最高气温变化

根据采自青海南部高原杂多地区的树木年轮样本, 建立了该地公元1360~2005年标准树轮宽度年表. 通过相关函数、响应函数和偏相关分析发现, 该年表对杂多气象站点5~6月的平均最高气温响应敏感, 呈显著负相关关系. 因此利用该年表重建了杂多地区1360年以来春末夏初的平均最高气温序列, 并应用交叉检验方法对1961~2005年重建的校准方程进行了检验. 该重建校准方程的方差解释量达59.8%. 由于高温会使树木蒸腾作用加强, 从而造成水分胁迫, 所以在重建序列中, 高温的可靠性和准确性比低温的要高. 通过对重建序列的进一步分析得出, 1360年以来在年代际的时间尺度上, 气温显著偏高且持续时间较长的时段有6个, 即1438~1455, 1572~1612, 1684~1700, 1730~1754, 1812~1829和1853~1886年; 气温显著偏低且持续时间较长的时期有5个, 即1547~1571, 1701~1729, 1755~1777, 1830~1852和1887~1910年. 通过与邻近地区反映平均最高气温的标准树轮宽度年表以及与利用树轮重建的平均最高气温的序列的对比, 发现一些年代际尺度的变化在区域上比较一致.     

树轮宽度记录的松潘地区年平均气温变化

利用采自四川省松潘县境内3个样本点的冷杉树轮样本建立了树轮宽度标准年表(STD),并合并成了区域年表(RC).与气候要素进行相关分析发现,该地区树木径向生长主要受到温度的限制,树轮年表与多个月份的气温相关显著,其中,区域年表与前一年9月至当年8月(P9C8)平均气温的相关最高(r=0.576,P0.0001).在此基础上,利用区域年表重建了松潘地区1701年以来的年平均气温变化,重建方程稳定,其方差解释量达33.2%(R2adj=32%,N=59,F=28.33).重建结果显示,在过去310年间,该地区先后经历了8个偏暖阶段和7个偏冷阶段.通过时空相关分析,表明重建序列具有较好的时空代表性.此外,重建结果不仅通过了统计检验,还得到了海螺沟冰川末端变化、周边地区其他树轮资料重建的温度结果以及气象灾害历史记录的验证,证实了重建序列的可靠性.多窗谱分析结果显示该地区气温变化存在显著的2~3 a,26 a,准33 a和准40 a周期变化.     

重建千年东亚夏季风干湿分布型指数

利用中国气象局整编的中国1951~2008 年160 站月平均降水量和美国NCEP 再分析月平均风和湿度资料, 建立了我国东部地区夏季干湿分布型与东亚夏季风向北推进的关系. 利用王绍武建立的公元950 年以来的我国东部历史时期6 种夏季干湿分布型, 重建了过去千年东亚夏季风干湿分布型指数序列. 高(低)指数指示东亚夏季风气流偏强(弱), 推进位置偏北(南), 对应北方(南方)降水偏多的分布型. 东亚季风干湿分布型指数具有60~70 年的周期性年代际变化. 过去千年中, 我国北方出现过连续10 年的区域湿润期和连续10 年以上的区域干旱期. 当前东亚夏季风干湿分布型指数正处于年代际的低谷时期, 对应着我国南方降水偏多,北方降水偏少的分布格局.     

用天山雪岭云杉年轮最大密度重建新疆伊犁地区春夏季平均最高温度变化

为了研究新疆伊犁地区过去温度变化, 利用该区雪岭云杉6个样点的年轮最大密度年表(MXD)和年轮宽度年表(TRW), 分析了其年表特征和气候响应特点. 结果表明, 该地区不同样点的雪岭云杉树轮最大密度年表对气候变化有较为一致的响应, 与4~8月平均温度和平均最高温度均具有很好的正相关关系. 利用逐步回归分析方法筛选出的3个样点的树轮最大密度序列重建了该地区1848~2000年春夏季平均最高温度距平, 重建方程方差解释量达到56.2%, 且方程稳定. 重建结果揭示, 在伊犁地区, 20世纪50年代初到70年代初存在近153 a春夏季最显著的冷期, 并且在重建的时段内, 4~8月平均最高温度距平并没有表现出明显的上升趋势.     

最近530年冬季北大西洋涛动指数与中国东部夏季旱涝指数之联系

用Glueck 等人建立的1429~1983年冬季北大西洋涛动指数(简写为NAOI)序列, 分析了它与我国东部100个站1470~1999年共530年夏季旱涝等级序列(简称旱涝指数)的联系. 发现NAOI与我国东部几个区域平均旱涝指数(缩写为FDI)有很好的滞后相关. 北区及整个东部平均旱涝指数在滞后NAOI 2~3年时, 最大相关系数接近0.001的显著性水平. 中、南区负相关也达0.05~0.01的显著性水平. 最佳相关时段在1636~1742年(小冰期), 北区及整个东部地区两者相关系数显著性水平远超过0.001; 其次是1951~1999年, 北区、中区平均FDI与NAOI的相关系数显著性水平均在0.005~0.002之间. 功率谱分析和Morlet小波变换发现, 北区及东部的区域平均FDI与NAOI有几乎完全相同的年际、年代际乃至世纪尺度的振荡周期, 即4~5年、准10年、20~30年、50年左右、80~100年等. 用Mann-Kendall Rank Statistc方法检测发现, 在最近530年中, 北区及东部地区平均旱涝序列, 在不同时期存在非常显著的旱涝趋势变化及明显的年代际突变, 但NAOI在最近400余年中却没有达到显著性水平的上升和下降趋势变化, 其年际和年代际尺度的突变较我国FDI频繁得多. 这可能与NAOI重建序列极端值振幅较器测序列的振幅偏小有关.     

树轮所记录的公元1842年以来内蒙古东部浑善达克沙地PDSI的变化

利用浑善达克沙地东部新建立的4条油松和白扦年轮宽度序列, 重建了过去163 a来干旱变化的历史. 结果表明, 该区树轮序列具有明显的年际变化和较强的公共信号, 且树轮序列之间的变化比较一致, 是很好的区域气候代用资料. 通过对4个树轮宽度标准年表的平均而建立了一个区域年表 (RC), 并用其进行分析与气候重建. 树木的生长主要受2~3与6~7月份的低降雨量和5~7月份高温的限制. 由于PDSI考虑了前期干旱的积累效应, 因此RC与生长季及生长季之前的PDSI之间均存在显著的正相关关系; 响应函数的分析揭示, RC仅与6, 7月份(5月份也接近95%的置信水平)的PDSI之间存在显著的关系. 5~7月份是浑善达克沙地树木生长的关键时期, 因此我们采用RC重建了过去163 a来5~7月份平均PDSI的变化, 重建方程的方差解释量高达52%, 且方程稳定. 重建的5~7月份的平均PDSI序列与周边城市的平均旱涝指数的变化趋势比较一致, 并捕捉到了20世纪60年代中期以来东亚夏季风的明显减弱过程. 值得提出的是, 近40 a是过去163 a来浑善达克沙地比较干旱的时期. 与华北夏季降雨变化周期相同的是重建的5~7月份的平均PDSI序列也具有20 a的显著变化周期.     

青海南部高原圆柏年轮指示的近500年来气候变化

根据采自青海南部高原曲麻莱、治多地区树木年轮样本, 建立了该地区高原树木年轮年表序列. 通过响应函数计算得出, 该年表对高原春季(4~6月)的气温和降水量反映敏感, 定义了湿润指数, 重建了高原春季湿润指数序列, 并应用交叉检验方法对校准方程进行了检验, 证明重建方程稳定. 通过分析发现, 在重建的453年中, 显著的干旱时段有6个, 即1592~1610, 1649~1665, 1687~1697, 1740~1750, 1818~1829和1918~1933年; 显著的湿润时期有5个, 即1669~1682, 1700~1709, 1800~1814, 1898~1909和1935~1950年. 周期分析结果表明, 重建序列具有60.4和50.3的长周期, 11年左右太阳周期和8, 6和4年左右的短周期.     

青藏高原马兰冰芯记录的近百年来气温变化

可可西里马兰冰芯中δ ¹⁸O记录表明, 该地区近百年来的气温变化与全球气温变化具有相一致的上升趋势, 估计自19世纪末以来该地区夏半年(5~10月份)气温的上升幅度约为1.2℃左右. 然而, 自20世纪70年代末期以来尽管全球明显升温, 该冰芯记录却表现出相对降温趋势, 认为该冰芯记录所反映的可可西里及青藏高原北部边缘地区的气温变化与北大西洋涛动存在遥相关关系. 同时, 还发现马兰冰芯记录的气温变化趋势与青藏高原南部地区的气温变化趋势在百年级时间尺度上是一致的, 而在多年代际时间尺度上存在反相关关系.     

1951~2004年中国北方干旱化的基本事实

利用月降水及月平均气温资料, 计算了中国区域地表湿润指数、Palmer干旱指数和反演的土壤湿度, 通过对上述3个指标及降水变化特征的对比分析, 揭示了中国北方近54年干湿变化的时空结构, 特别是对北方干旱化事实的分析. 结果指出: (1) 20世纪80年代以来, 西北东部和华北以干旱化趋势为主要特征, 这种干旱化的趋势在近15年不断加剧, 降水减少和气温升高是其产生的主要原因; (2) 在54年间, 西北东部和华北在年代际尺度上仅发生一次干湿转换, 转折点出现在20世纪70年代的末期, 这与1977/1978全球气候背景的转折性变化有关. 而东北地区却有3个转折点, 最近的一个产生在20世纪90年代中期, 另两个分别发生在1965和1983年; (3) 与北方其他地区的变化趋势相反, 西北西部当前正处在一个相对湿的时段, 但温度的升高削弱了这种变湿趋势; (4) 20世纪80年代以后, 西北东部、华北和东北地区的极端干旱发生的频率明显增加, 这与这些地区降水减少和气温升高密切相关.     

惟一正在变冷的大陆:南极

2002年2月21日,美国政府气候研究小组根据美国国家海洋和大气中心的资料宣布:2001年 11月-2002年1月是美国有记录以来的最热时期,这一时期平均气温超出1895-2001年100多年平均气温4.3华氏度。而且全球气温在2002年1月份也突破了123年以来该月的最高峰,异乎寻常的温暖气流使北美大部和亚洲中部地区1月份平均气温上升了7华氏度。全球地表平均温度也比1880-2001年来的平均温度高出了2.43华氏度。2001年11月-2002年1月全球平均气温高出多年平均1.03华氏度,成为有记录以来的第二温暖时期。     

华北干旱化趋势及转折性变化与太平洋年代际振荡的关系

基于月降水和月平均气温资料, 通过计算地表湿润指数分析了中国华北地区1951~2005年干湿变化的年代际趋势特征及其与太平洋年代际振荡指数(PDOI)的关系. 结果表明: 华北地区气候及环境干湿变化存在显著的年代际趋势和突变特征, 20世纪70年代中后期至今处于一个暖而降水少的干旱时段; 近55 a经历了一个由湿向干转换的过程, 其中转折点发生在20世纪70年代中后期, 这应与全球大尺度气候背景的转折性变化有关. 相关分析表明: 在年代际尺度上, 四季和年的PDOI与气温、降水和区域平均地表湿润指数均有显著的相关关系. 这种相关关系表现为正的PDOI位相(PDO暖位相)对应华北地区高温、少雨和干旱时段, 而负的PDOI位相(PDO冷位相)对应低温、多雨和湿润的时段, 不同位相的持续时间在25 a以上, 与降水和气温年代际趋势密切相关的北太平洋海温的年代际变化是该地区年代际干湿趋势形成的可能原因之一.     

内蒙古锡林浩特白音敖包1838年以来树轮降水记录

相关函数分析表明, 生长季当年4 ~ 7月上旬的降水总量对内蒙古锡林浩特白音敖包地区的红皮云杉(Picea Koraiensis)宽度的形成具有显著的制约作用, 在此基础上, 设计转换方程, 对这一地区过去160余年以来4 ~ 7月上旬的降水总量进行模拟重建, 重建序列的解释方差达到49.3%(调整自由度后为45.7%, N = 31, r = 0.702, F=13.608, p < 0.0001). 重建序列表现出3个降水较多时期: 1869~1875, 1886 ~ 1921和1943 ~ 1968年; 4个降水较少时期: 1851~1868, 1876~1885, 1922~1943和1969~1999年. 降水较多的1886~1921和1943~1968年以及降水较少的1922~1943年时期与祁连山地区的湿期和干期几乎同时出现, 而1922~1943年的干期和1943~1968年的湿期, 与我国西北、华北和长江流域20世纪20年代的升温少雨和40年代以后的降温多雨非常吻合. 计算表明, 重建序列与旱涝等级序列显著相关(r = -0.234, p < 0.007, N ₁ = 143). 子波分析表明, 1838 ~ 1920年期间, 白音敖包地区4 ~ 7月上旬的降水主要存在22年的周期, 1920 ~ 1952年主要表现为11年的周期. 1953年之后, 周期成分比较复杂, 未检测到信度达95%的周期成分. 1920年代该地区4~7月上旬降水由多向少出现快速转变, 1950年代以后降水持续减少. 20世纪90年代后期, 降水增加的趋势十分明显.     

2 ka来苏干湖沉积碳酸盐稳定同位素记录的气候变化

选择位于柴达木盆地北缘的苏干湖作为研究对象. 利用²¹⁰Pb, AMS ¹⁴C以及常规¹⁴C等测年手段, 建立了苏干湖沉积岩芯2 ka以来的时间序列. 对湖泊沉积细颗粒中的碳酸盐进行碳、氧同位素分析. 结合流域地表水δ¹⁸O值的变化以及气温观测资料, 认为碳酸盐δ¹⁸O值指示了流域有效湿度的变化; δ¹³C值的变化与湖泊年内冰封湖面时期的长短有关, 间接指示了区域冬半年气温的变化. 在此基础上, 建立了2 ka来苏干湖地区气候变化序列, 其气候变化过程经历了5个阶段: 0~190 AD, 暖干; 190~580 AD, 冷干; 580~1200 AD(MWP), 暖干; 1200~1880 AD(LIA), 冷湿; 1880~1950 AD期间为冷干气候, 20世纪50年代以来, 气候变暖. 碳同位素反映的2 ka以来冬半年气温的变化与历史文献记录以及其他地质记录有很好的一致性, 表明苏干湖同位素记录的2 ka来气候变化具有普遍意义.     

中国东部过去2000年百年冷暖的旱涝格局

根据历史文献记载重建的过去2000年中国东部63个点(地区)旱涝等级数据及集成28条代用资料重建的中国温度变化最新序列,采用各级旱涝发生几率的比率差指标,研究了百年尺度寒冷时段(440~540年、780~920年、1390~1460年、1600~1700年、1800~1900年)和温暖时段(650~750年、1000~1100年、1190~1290年、1900~2000年)的中国东部旱涝格局.结果发现,每个寒冷、温暖时段的旱涝格局虽各不相同,但在多数温暖时段,长江以北地区总体偏旱、以南地区涝.分析表明:寒冷时段的旱涝格局呈自东向西带状分布,115°E以东涝、以西则旱涝相间;温暖时段则呈自南向北的带状分布,25°N以南地区旱、25°~30°N之间涝、30°N以北地区旱,但黄土高原地区涝.冷、暖时段旱涝格局对比显示,气候由寒冷转为温暖可能会导致华北地区干旱与湘、赣流域雨涝几率同时增加.     

中国21世纪气候变化的RegCM4多模拟集合预估

基于一套RegCM4区域气候模式动力降尺度试验结果,进行了中国及不同分区在21世纪不同时期, RCP(典型浓度路径)4.5和8.5两种排放路径下的气候变化集合预估.试验中RegCM4在5个不同的CMIP5(耦合模式比较计划第五阶段)全球气候模式分别驱动下运行,水平分辨率为25 km×25 km.分析表明:未来中国范围内平均地面气温将普遍升高,其中冬季(12～2月)的青藏高原和夏季(6～8月)的西北干旱区升温幅度最大;相应的气温极端气候事件指数TXx(日最高气温最大值)和TNn(日最低气温最小值)升高.中国大部分地区冬季降水将增加,西北干旱区增加幅度最大,仅在云贵高原部分地区出现一定减少,模拟间一致性在中国北方较好;夏季降水在中国西部大部分地区、东北北部和黄淮增加,其他地区变化较小或略微减少;集合预估的日最大降水量(RX1day)在全国将普遍增加;连续无降水日数(CDD)在中国北方以一致缩短为主,南方则有所延长.相对于当代参照时段(1986～2005年), 21世纪中期RCP4.5和8.5下全国年平均气温分别上升1.6和2.2°C,降水分别增加4%和5%.各要素变化均随时间推移而增大, 21世纪末期两种排放情景下全国年平均气温分别上升2.4和4.6°C,降水分别增加5%和12%.     

黄河上游过去1234年流量的树轮重建与变化特征分析

利用青海省阿尼玛卿山地区祁连圆柏树轮宽度年表资料, 分析树木生长与黄河上游唐乃亥水文站平均流量的关系, 结果表明前一年8月到当年7月的平均流量与当年轮宽密切相关, 相关系数为0.656, 在此相关关系的基础上, 重建了黄河上游过去1234年以来的流量变化. 经11年滑动平均后曲线, 定义流量低于均值1个标准差的时段为枯水期, 流量高于均值1个标准差的时段为丰水期. 在重建的黄河上游过去1234年流量变化中存在18个丰水期和12个枯水期, 丰水期主要分布时段为: 846~873年、1375~1400年, 枯水期主要分布时段为: 1140~1156年、1295~1309年、1473~1500年、1820~1847年. 其中15世纪末是过去1234年以来黄河上游流量最低的时段, 该时期青藏高原东北部发生了大范围的干旱现象. 重建的流量变化包含较多的低频信息, 枯水期与都兰、乌兰、德令哈等地树轮资料和其他代用指标记录的干旱期一致. 多窗谱分析表明黄河流量变化存在2~5年, 22年, 35~38年, 55~62年和114~227年左右的周期, 其中最显著的是159和36年的周期.     

北京1724—1903年夏季月温度序列的重建

历史时期温度序列的重建,素为气候变化研究者关注。Manley曾利用早期零散的温度记录和某些天气记述材料,重建了英格兰中部1659年以来的逐月平均温度序列。我国的研究曾给出近500年若干区域的冬季温度指数序列,其分辨率为10年,而夏季温度或月平均温度序列尚未讨论。     

红原泥炭纤维素氧同位素指示的距今6 ka温度变化

红原泥炭原同位素指示的距今6ka温度变化，其总体趋势与金川温度变化及敦德温度变化一致，与格陵兰冰芯记录的温度变化趋势也相似，具体的气候事件具有明显的全球一致性，距今6ka温度变化存在两个明显的“转折点”：即距今4ka左右气温由低温变为高温，距今1．5ka左右气温由高温变为低温，功率谱分析发现红原泥炭氧同位素序列包含1220－1087，752，444，325，213，127－123，88和79a这样的周期，分析表明红原地区气候驱动因子可能主要是太阳活动，同时海洋活动信号也通过海气耦合传递给季风，再由季风携带到红原地区。     

气候变暖也有益处

近几年的某些时段,我国许多地方的日平均气温和最高气温,都打破了历史最高记录,出现了“冬季如同春季,春季宛如夏季,夏季明显偏热”的现象,这一结果再次顺应了全球气候变暖之趋势。据有关专家估算,近100年来,全球平均气温升高了0.3～0.6度。最新研究报告显示:到21世纪末,地球的平均温度将再度上升1.6度。     

中国月平均气温可预报性的时空特征及其年代际变化

利用中国1960~2011年资料比较完整的518站逐日气温观测资料,采用非线性局部Lyapunov指数(NLLE)和非线性误差增长理论,定量分析了中国区域月时间尺度平均气温可预报性期限(MTPL)的时空分布和年代际变化特征.分析发现:多年平均的MTPL空间分布存在明显的地域差异,总体来看,东北大部、云南西南部和西北地区东部为可预报性高值区,长江中下游地区及黄淮流域为可预报性低值区;MTPL在各月份的空间分布存在明显的季节变化,总体上表现为冬半年可预报性较低,而夏半年较高;MTPL还具有明显的年代际变化特征,就全国而言,从1970年以来,MTPL具有上升的趋势,在2000年前后出现下降的趋势,尤其是东北地区在1986年之后可预报性显著提高.西北、黄淮、东北MTPL的年代际变化可能与气温的持续性有关.进入21世纪,除南方地区外,大部分地区的MTPL有降低趋势.上述结果为进一步认识我国月尺度气温异常的机理奠定科学基础,并为提高月尺度气温预测能力提供参考.